L'invention concerne le domaine des systèmes embarqués de conversion de puissance électrique sous moyenne tension alternative monophasée pour un engin mobile de transport, notamment pour les locomotives électriques, les tramways et les trolleybus.

L'invention trouvera donc une application particulièrement intéressante dans le domaine du matériel ferroviaire, donc des trains, tramways, ou métros à traction électrique.

L'invention s'applique aux engins mobiles de transport à traction électrique qui tirent leur puissance électrique nécessaire à la traction, et éventuellement en plus pour l'alimentation de fonctions auxiliaires (chauffage, climatisation, éclairage de bord, actionneurs auxiliaires, contrôle...), d'une source d'électricité externe à laquelle l'engin est relié en permanence par le biais d'un contact linéique fixe par exemple une caténaire, ou autre ligne de contact aérienne, ou un rail d'alimentation qui peut être fixé au sol. Le contact linéique fixe est donc agencé tout le long d'un trajet prévu pour l'engin de transport et ce dernier, lors d'un déplacement, suit le contact linéique et reste en contact mécanique et électrique permanent avec lui pour en tirer la puissance électrique nécessaire à son déplacement.

Pour ce faire, l'engin de transport comporte un circuit de connexion électrique qui comprend, en amont, au moins un contact embarqué capable de venir en contact mécanique et électrique avec le contact linéique fixe. Pour un train à traction électrique, le contact embarqué se présente souvent sous la forme d'un archet monté à l'extrémité d'un pantographe monté sur le toit de la locomotive, pour venir en contact contre le fil d'alimentation d'une caténaire.

L'invention concerne le cas de systèmes embarqués prévus pour des réseaux de chemin de fer dans lesquels le contact linéique fixe est alimenté en moyenne tension alternative monophasée, c'est-à-dire avec une tension alternative dont la valeur nominale de crête est comprise entre 1000 volts et 50.000 volts, par exemple 15.000 volts RMS ou 25.000 volts RMS. La tension alternative présente une fréquence généralement comprise entre 10 et 100 Hz, par exemple 16.7 Hz ou 50 Hz.

Il existe aujourd'hui de nombreuses topologies pour la réalisation de système de conversion de puissance utilisables dans les engins de transport. On trouvera une compilation des différentes topologies qui ont déjà été proposées dans les documents suivants :

Dujic 2012 : « Power Electronic Transformer Technology for Traction Applications - An OverView", Drazen Duji·, Frederick Kieferndorf, and Francisco Canales, ELECTRONICS, VOL. 16, NO. 1, JUNE 2012, DOI: 10.7251/ELS1216050D;

Farnesi 2016 : "Advances in Locomotive Power Electronic Systems Directly Fed Through AC Lines", Stefano Farnesi, Mario Marchesoni and Luis Vaccaro, 2016, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, IEEE, pp. 657-664;

Feng 2017 : "Power Electronic Transformer-Based Railway Traction

Systems: Challenges and Opportunities", Jianghua Feng, W. Q. Chu, , Zhixue Zhang, Z. Q. Zhu, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ( Volume: 5, Issue: 3, Sept. 2017, pp. 1237 - 1253 ), DOI : 10.1109/JESTPE.2017.2685464.

Certains systèmes embarqués de conversion de puissance comportent plusieurs tranches de conversion ayant chacune un étage de conversion de puissance alternative-continue relié électriquement, par un côté amont, au circuit de connexion. L'étage amont permet ainsi de transformer la tension alternative du contact linéique fixe en tension continue. La présence de plusieurs tranches de conversion permet, en interposant le côté amont de chaque tranche de conversion successivement en série dans le circuit de connexion, de soumettre chaque tranche de conversion à une tension qui est une fraction de la tension de réseau. Cela permet notamment de ne pas utiliser de transformateur abaisseur de tension fonctionnant à la fréquence de la tension du système d'alimentation à tension alternative et d'utiliser des composants électroniques qui ne peuvent pas supporter des tensions aussi élevées que celles de la source d'alimentation moyenne tension. On comprend que le nombre de tranches de conversion du système est choisi en fonction de la plus haute valeur de crête de la tension de réseau alternative avec laquelle l'engin est susceptible d'être exploité.

Dans certaines applications, notamment dans les applications dans le domaine ferroviaire, le volume des systèmes embarqués de conversion de puissance est critique, d'autant plus pour les systèmes comportant plusieurs tranches de conversion. En effet, le volume du système embarqué doit être réduit au maximum afin de gagner de l'espace pour les passagers, tout en limitant l'impact sur le rendement et la fiabilité de la conversion.

Dans un convertisseur alternatif-continu monophasé, en admettant qu'il soit parcouru par des courants et tensions sinusoïdaux, la puissance absorbée, ou fournie dans le cas d'un système réversible, du côté alternatif varie à deux fois la fréquence de la tension du réseau. L'amplitude de la variation est égale à la valeur moyenne de la puissance absorbée ou fournie si les courants et tensions sont en phase, et est supérieure à la valeur moyenne de la puissance absorbée ou fournie s'ils sont déphasés. Du côté continu du convertisseur, dans un cas idéal, la puissance absorbée, par exemple par le système de traction, est bien souvent constante. Il faut donc un dispositif pour absorber les variations de puissances. Sinon, il apparaîtrait, du côté continu du convertisseur, des ondulations de courant et/ou de tension, elles aussi au double de la fréquence du côté alternatif, ce qui dans la plupart des applications ne serait pas tolérable pour un bon fonctionnement de l'appareil consommateur de la puissance, par exemple la chaîne de traction électrique. Pour absorber ces variations de puissance, on prévoit généralement soit un surdimensionnement en tension des composants côté continu, soit un filtrage spécifique, ce qui nécessite un volume important de composants passifs.

Ce problème se pose donc dans le cadre de la traction ferroviaire avec caténaire alternative (50 Hz ou 16.7 Hz). Cette contrainte est particulièrement présente pour le dimensionnement de convertisseurs dans des systèmes à transformateurs moyenne fréquence tels qu'illustrés à la Figure 1. Ces systèmes sont constitués d'un nombre de tranches de conversion identiques, les tranches de conversion étant connectées en série sur la caténaire via une inductance ou un filtre en entrée pour tenir la tension de caténaire, et connectées électriquement en parallèle en sortie sur le bus continu de traction. Chaque tranche de conversion comporte ainsi un étage amont de conversion alternatif-continu, qui alimente un bus intermédiaire. Sur ce bus intermédiaire est connecté un étage aval comprenant un convertisseur continu-continu isolé (parfois appelé « Dual active bridge » - « DAB ») incluant un transformateur moyenne fréquence, fonctionnant par exemple à une fréquence comprise entre 500 Hz et 50 kHz, et alimentant un bus de traction. Dans chaque tanche de conversion, le premier étage de conversion alternatif-continu génère des ondulations de tension sur le bus intermédiaire, qui sont susceptibles d'être reportées sur le bus de traction via le convertisseur continu-continu. En outre, dans certains cas, l'ondulation traverse également le transformateur moyenne fréquence, contraignant son dimensionnement.

Dans le domaine des moyens de transports ferroviaires ou assimilables, qui tirent leur puissance électrique nécessaire à la traction d'une source d'électricité externe à laquelle l'engin est relié en permanence par le biais d'un contact linéique fixe, différents système de filtrage, actifs ou passifs, ont été proposés, disposés soit sur le bus intermédiaire, soit sur le bus de traction. Ces dispositifs nécessitent soit des composants passifs de dimensionnement relativement important, soit des composants actifs supplémentaires, ce qui est dans tous les cas pénalisant en termes de coût, d'encombrement et de fiabilité.

L'invention vise donc à proposer un nouveau système embarqué de conversion de puissance qui permette de réduire le volume total du système en améliorant le système de filtrage de cette ondulation au double de la fréquence du côté alternatif. Dans ce but, l'invention propose un système embarqué de conversion de puissance électrique sous moyenne tension pour un engin mobile de transport comportant un système de traction embarqué ayant au moins un moteur électrique de traction, du type dans lequel le système embarqué de conversion :

- est embarqué dans l'engin mobile de transport et délivre, en aval, une tension continue de traction au système de traction,

- est adapté pour être, lors d'un déplacement de l'engin mobile de transport, en contact mécanique et électrique avec un contact linéique fixe relié à une source fixe de tension électrique de réseau, fournissant une moyenne tension alternative monophasée,

- comporte au moins un circuit de connexion électrique comprenant, en amont, au moins un contact embarqué capable de venir en contact mécanique et électrique avec le contact linéique fixe,

- comporte plusieurs tranches de conversion ayant chacune un étage amont de conversion de puissance alternative-continue relié électriquement, par un côté amont, au circuit de connexion,

- comporte, pour chaque tranche de conversion, entre l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue et le système de traction, un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé, l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue et l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé de chaque tranche de conversion étant reliés l'un à l'autre, respectivement par un côté amont et par un côté aval, au niveau d'une connexion intermédiaire sous tension continue, la connexion intermédiaire comprenant un premier pôle intermédiaire et un second pôle intermédiaire.

Dans un tel système, pour chaque tranche de conversion, l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé est réalisé sous la forme de l'association :

- en amont, d'un convertisseur primaire continu-alternatif ayant un côté amont continu, formant le côté amont de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé, et un côté aval alternatif;

- d'un transformateur ayant un bobinage primaire, connecté au côté aval du convertisseur primaire et un bobinage secondaire, - en aval, un convertisseur secondaire ayant un côté amont alternatif connecté au bobinage secondaire du transformateur, et un côté aval continu qui forme le côté aval de l'étage aval de conversion de puissance continue- continue isolé.

De plus, dans un tel système, le convertisseur primaire continu- alternatif est réalisé sous la forme d'un pont complet d'interrupteurs électroniques commandés ayant :

- un premier côté relié au premier pôle intermédiaire de la connexion intermédiaire et un second côté relié au second pôle intermédiaire de la connexion intermédiaire ;

- un premier bras entre le premier côté et le second côté et comportant au moins un premier et au moins un second interrupteurs électroniques commandés, agencés successivement dans le premier bras, avec un point milieu entre les deux ;

- au moins un second bras, parallèle au premier bras entre le premier côté et le second côté, et comportant au moins un premier et au moins un second interrupteurs électroniques commandés, agencés successivement dans le second bras, avec un point milieu entre les deux ;

de telle sorte que la puissance d'entrée de couplage magnétique est prélevée entre le point milieu du premier bras et le point milieu du second bras.

Selon l'invention, pour chaque tranche de conversion,

- le bobinage primaire du transformateur de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé présente un point intermédiaire, entre une première partie et une seconde partie du bobinage primaire qui sont électriquement successives ;

- le convertisseur primaire continu-alternatif comporte un circuit capacitif interposé électriquement entre le point intermédiaire du bobinage primaire du transformateur et un côté du pont complet d'interrupteurs électroniques commandés du convertisseur primaire continu-alternatif.

Selon d'autres caractéristiques optionnelles d'un tel système, prises seules ou en combinaison : - Le circuit capacitif interposé peut comporter, en série, une inductance.

- Les étages amont de conversion de puissance alternative-continue peuvent être connectés électriquement en série, par leur côté amont, dans le circuit de connexion.

- Plusieurs des, ou tous les étages aval de conversion de puissance continue-continue isolés peuvent être connectés entre eux électriquement en parallèle par leur côté aval.

- Au moins deux tranches de conversion peuvent avoir chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé qui partage, avec l'autre étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé, le convertisseur secondaire et le bobinage secondaire du transformateur, tout en ayant chacun leur propre convertisseur primaire.

- Le système peut être réversible pour transmettre de la puissance électrique, dans un sens moteur, de la source de tension vers le système de traction et, dans un sens inverse générateur, du système de traction vers la source de tension.

L'invention concerne par ailleurs un procédé de conversion de puissance électrique sous moyenne tension dans un engin mobile de transport pour alimenter un système de traction embarqué ayant au moins un moteur électrique de traction, du type dans lequel le procédé de conversion :

- délivre, en aval, une puissance électrique de traction sous une tension continue de traction,

- reçoit, en amont, une puissance électrique d'entrée sous une moyenne tension alternative d'entrée monophasée,

- répartit la puissance électrique d'entrée entre plusieurs tranches de conversion ayant un processus amont de conversion de puissance alternative-continue qui délivre une puissance intermédiaire sous une tension intermédiaire continue,

- convertit, dans chaque tranche de conversion, dans un processus aval de conversion de puissance continue-continue, la puissance intermédiaire sous la tension intermédiaire continue en la puissance électrique de traction sous la tension continue de traction.

Dans un tel procédé, pour chaque tranche de conversion (38. i), le processus aval de conversion de puissance continue-continue (36) comporte :

- une routine primaire de conversion de puissance continue-alternative qui convertit la puissance électrique intermédiaire sous tension intermédiaire continue en une puissance d'entrée de couplage magnétique sous tension alternative;

- une routine de transfert par couplage magnétique avec isolation galvanique qui transfert la puissance d'entrée de couplage magnétique en une puissance de sortie de couplage magnétique sous tension alternative au travers d'un transformateur ayant un bobinage primaire comprenant deux bornes auxquelles est appliquée la puissance d'entrée de couplage magnétique ;

- une routine secondaire de conversion de puissance alternative- continue qui convertit la puissance de sortie de couplage magnétique sous tension alternative en la puissance électrique de traction sous la tension continue de traction.

Dans un tel procédé, la routine primaire de conversion de puissance continue-alternative est réalisé dans un pont complet d'interrupteurs électroniques commandés ayant :

- un premier côté et un second côté entre lesquels est appliquée la tension intermédiaire ;

- un premier bras entre le premier côté et le second côté et comportant au moins un premier et au moins un second interrupteurs électroniques commandés, agencés successivement dans le premier bras, avec un point milieu entre les deux ;

- et au moins un second bras, parallèle au premier bras entre le premier côté et le second côté, et comportant au moins un premier et au moins un second interrupteurs électroniques commandés, agencés successivement dans le second bras, avec un point milieu entre les deux ; de telle sorte que la puissance d'entrée de couplage magnétique est prélevée entre le point milieu du premier bras et le point milieu du second bras.

Selon l'invention, pour chaque tranche de conversion dans la routine primaire de conversion de puissance continue-alternative les interrupteurs électroniques commandés sont commandés alternativement selon une boucle répétitive comprenant :

- une phase de fonctionnement selon un premier mode différentiel, dans lequel la tension intermédiaire continue est appliquée au bobinage primaire du transformateur et, au moins une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée à un circuit capacitif qui s'étend entre un point intermédiaire du bobinage primaire et un côté du pont d'interrupteurs électroniques commandés ;

- et, successivement et alternativement avec une phase de fonctionnement selon le premier mode différentiel, une phase de fonctionnement selon un second mode différentiel, dans lequel l'inverse de la tension intermédiaire continue est appliquée au bobinage primaire du transformateur et, au moins une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif ;

et comprenant, entre deux phases successives de fonctionnement selon un mode différentiel, au moins une parmi :

- une phase de fonctionnement selon un premier mode commun, dans lequel une tension nulle est appliquée au bobinage primaire du transformateur en reliant ses deux bornes à un même côté du pont d'interrupteurs, et dans lequel une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif ;

- une phase de fonctionnement selon un second mode commun, dans lequel une tension nulle est appliquée au bobinage primaire du transformateur en reliant ses deux bornes à un même côté du pont d'interrupteurs, et dans lequel une tension nulle est appliquée au circuit capacitif. Selon d'autres caractéristiques optionnelles d'un tel procédé, prises seules ou en combinaison :

- La boucle répétitive peut être répétée à une fréquence de répétition au moins 10 fois supérieure à la fréquence de la moyenne tension alternative monophasée fournie par source fixe de tension électrique de réseau, de préférence au moins 50 fois supérieure.

- La boucle répétitive peut être répétée à une fréquence de répétition comprise entre 500 Hz 50 kHz.

- La boucle répétitive peut répéter, dans l'ordre, la séquence de phases de fonctionnement suivante :

-premier mode différentiel ;

-second mode commun ;

-premier mode commun ;

-second mode commun ;

-second mode différentiel ;

-second mode commun ;

-premier mode commun ;

-second mode commun.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d’exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l’objet de l’invention.

La Figure 1 est une vue schématique de principe d'un système de conversion de puissance pour un engin mobile de transport dans lequel peut être intégrée l'invention.

La Figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système de conversion de puissance pour un engin mobile de transport selon l'invention.

La Figure 3 est une vue plus détaillée de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue du système de conversion de puissance de la

Fig. 2. Les Figures 4A à 4D sont des vues schématiques de différents modes de fonctionnement plus détaillées de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue du système de conversion de puissance de la Fig. 3.

La Figure 5 est un chronogramme illustrant un mode de réalisation du procédé de conversion de puissance pour un engin mobile de transport selon l'invention.

La Figure 6 est une vue d'un deuxième mode de réalisation d'un étage aval de conversion de puissance continue-continue pour un système de conversion de puissance selon l'invention.

L'invention concerne un système embarqué 16 de conversion de puissance électrique sous moyenne tension pour un engin mobile de transport 10 comportant un système de traction embarqué 18 ayant au moins un moteur électrique de traction 20.

L'invention sera plus particulièrement décrite dans le cadre de son application à une locomotive de train à traction électrique. Elle est cependant par ailleurs applicable de manière plus générale dans le domaine du matériel ferroviaire, donc aussi applicable à des tramways, ou à des métros à traction électrique. Elle peut encore être mise en œuvre pour des trolleybus, ou plus généralement pour tout engin de transport comportant un moteur électrique de traction embarqué qui reçoit l'énergie nécessaire au déplacement de l'engin par le biais d'un contact embarqué sur l'engin et venant en contact avec un contact linéique fixe relié à une source fixe de tension électrique alternative monophasée de réseau.

Sur la Fig. 1, on a illustré de manière très schématique un engin mobile 10 qui, dans cet exemple de réalisation, est destiné à circuler sur des rails 12 d'une voie de chemin de fer, et qui est destiné être alimenté par contact avec un contact linéique fixe 14 qui peut prendre la forme par exemple d'une caténaire, ou de tout autre type de ligne de contact aérienne. Dans l'invention, l'engin mobile 10 doit pouvoir être alimenté le long d'un trajet défini par l'étendue d'un tel contact linéique fixe 14. L'invention peut aussi être mise en œuvre avec un contact linéique fixe sous la forme d'un rail d'alimentation qui peut être fixé au sol. De préférence, le contact linéique fixe 14 est continu et s'étend sur une distance égale à la distance de déplacement de l'engin mobile 10, entre un point de départ de l'engin et un point d'arrivée de l'engin. Bien entendu, le contact linéique fixe 14 peut être réalisé sous la forme de plusieurs éléments successifs raccordés électriquement entre eux. Des discontinuités de contact ponctuelles peuvent être acceptables, notamment aux jonctions entre de tels éléments successifs. De telles discontinuités de contact ponctuelles n'empêchent pas que l'on considère le contact comme étant un contact permanent.

Le contact linéique fixe 14 est donc relié à une source fixe de tension électrique fournissant une moyenne tension alternative monophasée, dite tension de réseau. Une telle tension alternative présente une valeur nominale de crête qui est par exemple comprise entre 1.000 volts et 50.000 volts. Dans certains cas, la tension alternative est définie par sa valeur efficace (dite « RMS »), par exemple 15.000 volts RMS ou 25.000 volts RMS. La fréquence de la tension alternative est par exemple comprise entre 10 et 100 hertz, les valeurs les plus fréquentes étant de 16,7 Hz, de 50 Hz ou de 60 Hz. L'invention sera décrite dans le cas où la source de tension électrique est une source monophasée. Dans ce cas, le contact linéique fixe 14 peut comporter un unique conducteur électrique s'étendant sur l'étendue du contact linéique fixe 14.

L'engin mobile 10 comporte donc un système embarqué de conversion de puissance électrique 16 qui est embarqué dans l'engin mobile 10. Le système embarqué de conversion de puissance électrique 16 comporte un circuit de connexion électrique 22 par lequel, lors d'un déplacement de l'engin mobile de transport, le système embarqué de conversion 16 est, par un côté amont, en contact mécanique et électrique permanent avec le contact linéique 14.

De manière connue, le circuit de connexion électrique 22 du système embarqué de conversion de puissance 16 comporte également une portion retour, par exemple sous la forme d'une liaison électrique avec un potentiel électrique neutre. Dans le cas d'un engin ferroviaire, qui sera le cas illustré dans les figures, cette portion retour du circuit de connexion comporte la plupart du temps un contact électrique entre une roue 17 de l'engin mobile 10 et le rail 12, ce dernier étant relié électriquement à la terre, donc à un potentiel neutre. Cependant, on peut dans tous les cas envisager, comme cela se fait dans les infrastructures dédiées à des trolleybus, que la portion retour du circuit de connexion soit réalisée sous la forme d'un second contact linéique fixe, sous la forme d'un fil aérien ou d'un rail, qui peut par exemple s'étendre en parallèle du contact linéique fixe relié à la source de tension électrique.

On comprend bien que le contact linéique fixe 14 et la source fixe de tension électrique ne font pas partie du système embarqué de conversion 16, ni de l'engin mobile de transport 10. Ces éléments font partie d'une infrastructure de réseau de transport. Ces éléments sont fixes en ce qu'ils ne se déplacent pas avec l'engin mobile 10.

Le rôle principal du système de conversion puissance 16 est, à partir de la tension du contact linéique fixe 14, de délivrer, en aval, une tension continue de traction à un système de traction 18. Ceci se produit lorsque l'engin mobile 10 fonctionne en mode moteur. Toutefois, le système embarqué de conversion de puissance 16 sera de préférence électriquement réversible, ce qui sera utile lorsque l'engin mobile 10 fonctionne dans un mode de freinage régénératif au cours duquel le moteur électrique de traction 20 est utilisé en tant que génératrice électrique, transformant l'énergie cinétique de l'engin mobile 10 en une énergie électrique qui peut, via le système embarqué de conversion de puissance 16, transmettre de la puissance électrique du système de traction 18 vers la source de tension, par l'intermédiaire du contact linéique fixe 14.

Par convention, on considère que, en mode moteur, une puissance électrique est transférée dans un sens moteur d'amont en aval depuis un côté amont du système embarqué de conversion 16 qui est relié au contact linéique fixe 14, vers le système de traction 18 qui est relié électriquement à un côté aval du système embarqué de conversion 16. Les notions de « amont » et « aval » correspondent donc à ce mode de fonctionnement moteur. Dans le mode de fonctionnement régénératif, la puissance électrique est donc transférée de l'aval vers l'amont, depuis un côté aval du système embarqué de conversion de puissance 16 qui est relié au système de traction 18, vers le côté amont du système embarqué de conversion de puissance 16 qui est relié électriquement au contact linéique fixe 14.

Le système de traction 18 de l'engin mobile 10 est un système comportant au moins un moteur électrique de traction 20 qui tire sa puissance électrique du système embarqué de conversion 16 et qui provoque le déplacement de l'engin mobile 10. Le moteur électrique de traction 20 peut être de tout type approprié, notamment de tout type habituellement mis en œuvre dans les engins de transport à traction électrique. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, le moteur électrique de traction 20 est un moteur à courant alternatif triphasé. De la sorte, dans ce cas, le système de traction 18 comporte un convertisseur de puissance électrique continue-alternative 19 dont un côté amont est relié électriquement au côté aval du système embarqué de conversion puissance 16, et dont un côté aval est relié électriquement au moteur électrique de traction 20. Toutefois, le moteur électrique 20 pourrait aussi être un moteur à courant continu. De préférence, le système de traction 18 comporte une unité électronique de commande de son fonctionnement (non représentée). Dans certains cas, le système de traction 18 pourra comporter plusieurs moteurs électriques de traction alimentés chacun par le même système embarqué de conversion de puissance 16. Chacun de ces moteurs peut être relié électriquement au système embarqué de conversion de puissance 16 par un convertisseur de puissance électrique 19 propre à ce moteur, ou par un convertisseur de puissance 19 partagé avec d'autres moteurs.

On note par ailleurs que la puissance électrique délivrée en aval par le système embarqué de conversion de puissance 16 peut être utilisée par d'autres équipements électriques de l'engin mobile 10, par exemple un chauffage, une climatisation, un éclairage de bord et/ou de circulation, des actionneurs auxiliaires, des unités électroniques de contrôle, etc.

Le circuit de connexion électrique 22 comprend, en amont, au moins un contact embarqué 24 capable de venir en contact mécanique et électrique avec le contact linéique fixe. C'est aux bornes de ce circuit de connexion électrique 22 qu'est appliquée la tension électrique de réseau alternative. Le circuit de connexion électrique 22 permet d'alimenter le système sous tension alternative pour permettre le déplacement de l'engin mobile 10, et applique cette tension à plusieurs tranches de conversion de puissance du système 16. Le circuit de connexion électrique 22 comprend généralement une inductance de charge 23. Cette inductance peut être remplacée par un filtre électrique consistant en un arrangement de condensateurs, d'inductances et/ou de résistances.

Le contact embarqué 24 est de préférence un élément physique dont la forme est adaptée à un maintien du contact électrique avec le contact linéique fixe 14 lors du déplacement de l'engin mobile 10. Dans les systèmes ferroviaires, un tel contact embarqué se présente souvent sous la forme d'un archet. Dans les systèmes de trolleybus, un tel contact embarqué se présente souvent sous la forme d'un frotteur en bronze ou en carbone, le frotteur étant parfois remplacé par une roulette. Le contact embarqué est généralement disposé à l'extrémité d'un mécanisme de support articulé. Ce mécanisme de support articulé, qui est solidaire de l'engin mobile 10 mais qui est articulé sur un élément structurel de celui-ci, prend par exemple la forme d'un pantographe 32 tel que sommairement représenté sur les figures, notamment dans les applications ferroviaires, ou la forme de perches articulées, notamment dans les applications de type trolleybus. Le mécanisme de support articulé est généralement muni de ressorts qui permettent de plaquer en permanence le contact embarqué 24 en appui mécanique contre le contact linéique fixe 14, de manière à assurer le contact électrique.

Le système embarqué de conversion de puissance 16 comporte au moins :

- un étage amont de conversion de puissance alternative-continue

34, qui est relié électriquement, par un côté amont 341, au circuit de connexion 22 ; cet étage amont est donc un convertisseur de puissance électrique de type alternatif continu ; - un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 qui est relié électriquement, par un côté amont 361, au côté aval 342 de l'étage amont de conversion de puissance alternative - continue 34 ; cet étage aval de conversion de puissance continue - continue 36, isolé, présente un côté aval 362 qui forme le côté aval du système embarqué de conversion de puissance 16 capable de délivrer une tension continue au système de traction 18.

Chaque étage amont 34 ou aval 36 peut être réalisé de différentes manières, généralement sous la forme d'un montage de composants d'électronique de puissance, notamment à base d'interrupteurs électroniques de type diode, MOSFET, thyristor et/ou IGBT, dont la commutation peut être commandée par une unité électronique de commande.

On prévoit que le système embarqué de conversion de puissance comporte plusieurs tranches de conversion 38.1, 38.2, ..., 38.i, ..., 38.n. Ces n tranches de conversion, par exemple entre 2 et 20 tranches de conversion, sont agencées dans le système embarqué de conversion 16 de telle sorte que chacune n'est soumise qu'à une partie, une fraction, de la tension électrique fournie par la source de tension de réseau alternative. Chaque tranche de conversion fournit de la puissance électrique continue au système de traction 18, ou à un autre système embarqué consommateur d'énergie électrique (décrit précédemment comme « auxiliaire »). A cet effet, les étages amont de conversion de puissance alternative-continue 34 sont connectés électriquement en série, par leur côté amont, dans le circuit de connexion 22.

Ainsi, chaque tranche de conversion 38.1, 38.2, ..., 38.n comporte un étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 relié électriquement, par un côté amont 341, au circuit de connexion 22, et le système embarqué de conversion 16 comporte, pour chaque tranche de conversion 38.1, 38.2, ..., 38.n, entre l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 et le système de traction 18 ou autre système embarqué consommateur d'énergie électrique, un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36. Pour chaque tranche de conversion 38.1, 38.2, ..., 38.h, l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 et l'étage aval de conversion de puissance continue- continue isolé 36 sont reliés électriquement l'un à l'autre, respectivement par un côté aval 342 et par un côté amont 361, au niveau d'une connexion intermédiaire. Comme on le verra sur les figures, cette liaison électrique se fait au niveau de pôles intermédiaires sous tension continue 40, 42 qui forment la connexion intermédiaire entre l'étage amont 34 et l'étage aval 36 de conversion puissance d'une même tranche de conversion. L'invention a pour but notamment que cette tension continue au niveau des pôles intermédiaires 40, 42 présente le moins de variations possibles, sans imposer des moyens de filtrage trop volumineux. Dans certains modes de réalisation, l'invention permet de plus d'éviter de dégrader la fiabilité en évitant l'ajout de composants semi-conducteurs.

Pour chaque tranche de conversion de puissance, le côté amont 341 de l'étage amont de conversion de puissance est constitué généralement par deux bornes de connexion amont 3411, 3412. Parfois qualifiées de bornes d'entrée, ces bornes amont 3411, 3412, sont reliées électriquement au circuit de connexion 22. L'étage amont de conversion de puissance alternative-continue d'une première tranche de conversion 38.1 comporte ainsi une première borne de connexion amont 3411 qui est reliée électriquement à une portion amont du circuit de connexion 22, du côté du contact embarqué 24. Une deuxième borne de connexion amont 3412 de ce même étage amont de la première tranche de conversion 38.1 est reliée électriquement à une première borne 3411 de l'étage amont d'une deuxième tranche de conversion 38.2. La deuxième borne de connexion amont 3412 de ce même étage amont de la deuxième tranche de conversion 38.2 est reliée électriquement à une première borne 3411 de l'étage amont d'une troisième tranche de conversion 38.3, et ainsi de suite. Une deuxième borne de connexion amont 3412 de l'étage amont de la nième et dernière tranche de conversion 38.n est reliée électriquement à la portion retour 17 du circuit de connexion 22. Pour chaque tranche de conversion de puissance, le côté aval 342 de l'étage amont de conversion de puissance est constitué généralement par deux bornes aval de connexion 3421, 3422 de l'étage amont, parfois trois ou plus. Parfois qualifiées de bornes de sortie, ces bornes aval 3421, 3422 sont reliées électriquement chacune respectivement à une borne amont 3611, 3612 (ou bornes d'entrée) correspondante de l'étage aval de conversion de puissance 36 de la tanche de conversion considérée. Pour chaque tranche de conversion, on a généralement aux moins deux bornes aval 3421, 3422 de l'étage amont 34 qui sont connectées chacune respectivement à une des bornes amont 3611, 3612 de l'étage aval 36.

Une borne aval 3421, 3422 de l'étage amont 34 et la borne amont 3611, 3612 de l'étage aval 36 qui lui est reliée électriquement, forment un pôle intermédiaire entre l'étage amont 34 et l'étage aval 36. Pour chaque tranche de conversion comprenant un étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 et un étage aval de conversion de puissance continue-continue 36, on a généralement une connexion intermédiaire formée de deux pôles intermédiaires 40, 40.1, 40.2,..., 40.i, ..., 40.n, 42, 42.1, ..., 42.i, ..., 42.n entre lesquels est établie une tension continue. Parfois, le mode de réalisation des étages amont 34 et aval 36 de conversion de puissance fait qu'il y a plus de deux pôles intermédiaires pour la connexion intermédiaire.

En d'autres termes chaque étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 et chaque étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 comporte chacun un côté amont 341, 361, avec des bornes amont 3411, 3412, 3611, 3612, et un côté aval 342, 362, avec des bornes aval 3421, 3422, 3621, 3622, et, dans une tranche de conversion de puissance, les bornes aval 3421, 3422 de l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue sont reliées chacune respectivement à une des bornes amont 3611, 3612 de l'étage aval 36 de conversion de puissance continue-continue isolé de la tranche de conversion correspondante, au niveau d'un pôle intermédiaire électriquement commun à la borne amont et à la borne aval considérée. Dans les exemples illustrés, on a prévu la présence, entre les pôles intermédiaires d'une tranche de conversion 38, 38.1,..., 38.n, d'un filtre électrique 46, notamment d'un filtre capacitif, par exemple une capacité. Le filtre électrique 46 est donc inséré en parallèle du côté amont 361 de l'étage aval 36 de la tranche de conversion considérée. On note en réalité que le filtre 46 pourrait être incorporé dans le côté amont 361 de l'étage aval 36, ou dans le côté aval 342 de l'étage amont 34 de la tranche de conversion considérée. Ainsi, dans les exemples illustrés, pour chaque tranche de conversion, une capacité 46 est agencée électriquement en parallèle de deux bornes amont 3611, 3612 du côté amont 361 de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36.

On note par ailleurs que, comme illustré à la Fig. 2, on peut prévoir que les tranches de conversion soient pourvues d'un interrupteur de shunt 54 qui court-circuite le côté amont de l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34. En fonctionnement normal, un tel interrupteur de shunt 54 est ouvert et il n'est fermé que pour mettre hors- service une des tranches de conversion, par exemple en cas de défaut sur cette tranche. Dans ce cas, les autres tranches de conversion de puissance du système 16, non shuntées, peuvent continuer de fonctionner. Cet interrupteur de shunt 54 est généralement considéré comme intégré dans l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 36.

De manière connue, comme illustré sur les Figs. 1 et 2, on peut prévoir que plusieurs étages aval de conversion de puissance continue- continue isolés 36, voire tous les étages aval de conversion de puissance continue-continue isolés 36, soient connectés entre eux électriquement en parallèle par leur côté aval 362. De la sorte, les courants électriques convertis par les tranches de conversion sont ajoutés les uns aux autres, pour fournir au système de traction 18 de fortes intensités de courant.

Cependant, on peut prévoir :

- une premier groupe de tranches de conversion pour lequel les étages aval de conversion de puissance continue-continue isolés 36 sont connectés entre eux électriquement en parallèle par leur côté aval 362, pour alimenter un premier système consommateur, par exemple un premier système de traction électrique 18,

- au moins un deuxième groupe pour lequel les étages aval de conversion de puissance continue-continue isolés 36 sont connectés entre eux électriquement en parallèle par leur côté aval 362, mais indépendamment de ceux du premier groupe, pour alimenter un deuxième système consommateur, par exemple un deuxième système de traction électrique ou un système électrique auxiliaire.

On note qu'on peut prévoir plus de deux groupes. Eventuellement, on peut prévoir que chaque tranche de conversion constitue à elle seule un groupe. Dans ce cas, chaque étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 est indépendant des autres étages aval de conversion de puissance continue-continue isolés 36, pour alimenter chacun de manière indépendante un système consommateur, par exemple un système de traction électrique 18 ou un système électrique auxiliaire 56.

Dans une tranche de conversion de puissance, l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 est réalisé sous la forme de l'association :

- en amont, d'un convertisseur primaire 36A continu-alternatif ayant un côté amont continu, formant le côté amont 361 de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36, et un côté aval alternatif ;

- d'un transformateur 36B ayant un bobinage primaire, connecté au côté aval du convertisseur primaire 36A, et un bobinage secondaire,

- en aval, un convertisseur secondaire 36C ayant un côté amont alternatif connecté au bobinage secondaire du transformateur 36B, et un côté aval continu qui forme le côté aval 362 de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36.

Chaque bobinage primaire ou secondaire peut comprendre un unique enroulement ou au contraire plusieurs enroulements. Le transformateur peut être monophasé ou polyphasé. La présence du transformateur 36B, de type statique avec enroulements primaire(s) et secondaire(s) autour d'un circuit magnétique, entre le convertisseur primaire 36A et le convertisseur secondaire 36C, assure une isolation galvanique entre ces deux convertisseurs et confère donc à l'étage aval de conversion de puissance 36 son caractère isolé.

Dans l'exemple illustré, chaque étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 est indépendant des étages aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 des autres tranches de conversion de puissance, au sens que chaque étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 comporte son propre convertisseur primaire 36A, son propre transformateur 36B et son propre convertisseur secondaire 36C.

Au contraire, on peut prévoir un système embarqué de conversion de puissance 16 comportant plusieurs tranches de conversion ayant chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé, et comportant au moins deux tranches de conversion de puissance qui ont chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé qui partage au moins une partie de ses composants avec un ou plusieurs autres étage(s) aval de conversion de puissance continue-continue isolé(s) 36.

Ainsi, dans certains modes de réalisation, on peut avoir un premier lot de tranches de conversion de puissance qui ont chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 qui partagent le convertisseur secondaire et l'enroulement secondaire, tout en ayant chacun leur propre convertisseur primaire. Par exemple un tel premier lot peut être prévu pour alimenter un premier système de traction électrique 18. Par ailleurs, un tel système 16 peut présenter un deuxième lot composé d'autres tranches de conversion de puissance, qui ont elles aussi chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 qui partagent le convertisseur secondaire et l'enroulement secondaire, tout en ayant chacun leur propre convertisseur primaire. Dans un tel cadre, deux lots de tranches de conversion de puissance peuvent partager le même circuit magnétique de transformateur 36B. De manière similaire, on peut prévoir que toutes les tranches de conversion de puissance partagent le même circuit magnétique de transformateur 36B, bien qu'ayant chacune leur propre convertisseur primaire 36A, leur propres enroulements primaire et secondaire de transformateur 36B, et leur propre convertisseur secondaire 36C. Ainsi, de manière plus générale, on peut avoir un système de conversion de puissance 16 qui possède, pour un ensemble de tranches de conversion de puissance ayant chacune un étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36, un unique transformateur 36B, défini par un unique circuit magnétique partagé.

La Fig. 2 illustre plus particulièrement, avec un peu plus de détails et de manière non limitative, des structures possibles pour la réalisation :

- d'un étage amont de conversion de puissance alternative-continue

34 ;

- d'un convertisseur primaire 36A continu-alternatif de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue 36 ;

- d'un convertisseur secondaire 36C alternatif-continu de l'étage aval de conversion de puissance continue -continue 36.

Ces éléments sont réalisés chacun sous la forme d'un montage de composants d'électronique de puissance. Dans la plupart des cas, chacun de ces trois éléments est réalisé sous la forme d'un montage, en pont complet ou en demi-pont, d'interrupteurs électroniques de puissance. Ces interrupteurs électroniques de puissance peuvent être des transistors par exemple de type IGBT ou MOSFET, des diodes, des thyristors ou des combinaisons série et/ou parallèle de ces composants.

On a représenté de manière plus détaillée, sur la Fig. 3, un étage aval de conversion de puissance continue-continue 36 pour une tranche de conversion. Cet exemple reprend pour l'essentiel une structure présentée à la figure 6 du document Feng 2017 cité plus haut. Le convertisseur primaire 36A continu-alternatif et le convertisseur secondaire 36C alternatif-continu sont réalisés chacun, pour chaque étage de conversion, par un montage du type pont d'interrupteurs électroniques commandés. Dans le mode de réalisation illustré à la Fig. 3, il s'agit d'un pont en H, ou pont complet, de quatre interrupteurs électroniques de puissance, par exemple des IGBT à haute tension, commandés par une unité électronique de commande (ECU) ici selon une architecture à deux niveaux de tension.

L'étage aval de conversion de puissance conti nue-continue 36 présente ainsi une structure de base de type « dual active bridge ». Une structure de type « dual active bridge » est décrite dans le document « A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications », par Rik. W.A.A. De Doncker, D.M. Divan, and M.H. Kheraluwala, publié dans « IEEE Transactions on Industry Applications » (Volume 27, N°l, Jan/Fev 1991). Cette structure de base est cependant modifiée selon l'invention par la présence d'un circuit capacitif détaillé ci- après.

L'étage aval de conversion de puissance conti nue-continue 36 peut être de type résonant, notamment avec un transformateur 36B en série avec des condensateurs en amont et/ou en aval. Cependant, de manière générale, on peut aussi prévoir, que l'étage aval de conversion de puissance continue- continue 36 soit de type non-résonant.

On a illustré sur la Fig. 3 un premier mode de réalisation d'un convertisseur primaire continu-alternatif 36A d'une tranche de conversion, réalisé, ici, sous la forme d'un pont complet à deux niveaux de tension, formé d'interrupteurs électroniques commandés. Un tel pont complet, aussi appelé en H, comporte un premier côté 48, comprenant une première 3611 des bornes amont de l'étage aval 36, reliée au premier pôle intermédiaire 40 de la connexion intermédiaire, et un second côté 50, comprenant une seconde 3612 des borne amont de l'étage aval 36, reliée au second pôle intermédiaire 42 de la connexion intermédiaire. Ainsi, le premier côté 48 du pont d'interrupteurs, ici le pont complet à deux niveaux de tension, est au même potentiel électrique que le premier pôle intermédiaire 40 de la connexion intermédiaire, et le second côté 50 du pont d'interrupteurs, ici le pont complet à deux niveaux, est au même potentiel électrique que le second pôle intermédiaire 42 de la connexion intermédiaire. De manière parfaitement classique, le pont complet 36A comporte un premier bras 51 qui relie électriquement le premier côté 48 et le second côté 50. Ce premier bras 51 comporte un premier interrupteur électronique commandé 51.1, et un second interrupteur électronique commandé 51.2. Les deux interrupteurs commandés 51.1, 51.2 sont agencés successivement dans le premier bras, avec un point milieu 51.3 entres les deux.

Le pont complet 36A comporte un second bras 52, qui relie électriquement le premier côté 48 et le second côté 50 du pont complet 36A, en parallèle électriquement au premier bras 51. Ce second bras 52 comporte un premier interrupteur électronique commandé 52.1 et un second interrupteur électronique commandé 52.2. Les deux interrupteurs commandés 52.1, 52.2 sont agencés successivement dans le second bras 52, avec un point milieu entres les deux 52.3.

Le bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B est raccordé électriquement d'une part au point milieu 51.3 du premier bras 51 et d'autre part au point milieu 52.3 du second bras 52 du pont d'interrupteurs électroniques commandés 36A.

On a illustré sur la Fig. 6 un deuxième mode de réalisation d'un convertisseur primaire continu-alternatif 36A d'une tranche de conversion, réalisé sous la forme d'un pont d'interrupteurs électroniques commandés, ici sous la forme d'un pont complet à trois niveaux de tension, lui aussi formé d'interrupteurs électroniques commandés.

En entrée d'un convertisseur primaire continu-alternatif 36A, on a agencé un pont diviseur de tension 64, ici sous la forme de deux capacités 64.1, 64.2 agencées en série entre les pôles intermédiaires 40, 42, pour former, entre les deux capacités 64.1, 64.2 et donc entre les pôles intermédiaires 40, 42, un troisième pôle 41 à un potentiel compris entre les potentiels respectifs des pôles intermédiaires 40, 42. Cette configuration permet d'utiliser dans le convertisseur primaire continu-alternatif 36A des agencements de composants différents, tels que ceux connus sous le nom N PC (Neutral Point Clamped). Ce type de circuit est connu pour permettre la réalisation de convertisseurs dans lesquels la tension (par exemple entre les pôles intermédiaires 40 et 42) est supérieure à la tension que supporte un composant dans le convertisseur (par exemple les interrupteurs commandés). Ici la structure est de type NPC à 3 niveaux de tension. Des structures NPC à plus de niveaux sont connues et pourraient être utilisées dans le cadre de l'invention.

Le convertisseur primaire continu-alternatif 36A de l'étage aval 36 de conversion de puissance du convertisseur de puissance continue - continue isolé, est ainsi de type pont complet NPC à 3 niveaux. On retrouve un premier côté 48, comprenant une première 3611 des bornes amont de l'étage aval 36, reliée au premier pôle intermédiaire 40 de la connexion intermédiaire, et un second côté 50, comprenant une seconde 3612 des borne amont de l'étage aval 36, reliée au second pôle intermédiaire 42 de la connexion intermédiaire. Ainsi, le premier côté 48 du pont complet d'interrupteurs, est au même potentiel électrique que le premier pôle intermédiaire 40 de la connexion intermédiaire, et le second côté 50 du pont complet d'interrupteurs, est au même potentiel électrique que le second pôle intermédiaire 42 de la connexion intermédiaire.

On retrouve aussi un premier bras 51 qui relie électriquement le premier côté 48 et le second côté 50. Ce premier bras 51 comporte un groupe de deux premiers interrupteurs électroniques commandés 51.11,

51.12 et un groupe de deux seconds interrupteurs électroniques commandés 51.21, 51.22. Les quatre interrupteurs commandés 51.11,

51.12, 51.21, 51.22 sont agencés successivement dans le premier bras, avec un point milieu 51.3 entre le groupe des premiers interrupteurs électroniques commandés 51.11, 51.12 et le groupe des seconds interrupteurs électroniques commandés 51.21, 51.22.

On retrouve aussi un second bras 52 qui relie électriquement le premier côté 48 et le second côté 50. Ce second bras 52 comporte un groupe de deux premiers interrupteurs électroniques commandés 52.11,

52.12 et un groupe de deux seconds interrupteurs électroniques commandés 52.21, 52.22. Les quatre interrupteurs commandés 52.11,

52.12, 52.21, 52.22 sont agencés successivement dans le second bras, avec un point milieu 52.3 entre le groupe des premiers interrupteurs électroniques commandés 52.11, 52.12 et le groupe des seconds interrupteurs électroniques commandés 52.21, 52.22. Dans chaque bras 51, 52, chacun des deux groupes d'interrupteurs électroniques commandés est par ailleurs relié électriquement, entre les deux interrupteurs électroniques commandés du groupe considéré, au troisième pôle 41, par l'intermédiaire d'une diode ne permettant le passage du courant que dans le sens allant du troisième pôle 41 vers le groupe considéré. Comme pour le mode de réalisation de la Fig. 3, le bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B est raccordé électriquement d'une part au point milieu 51.3 du premier bras 51 et d'autre part au point milieu 52.3 du second bras 52 du pont complet 36A.

Dans les deux modes de réalisation des Figs. 3 et 6, le bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36 présente un point intermédiaire 54, entre une première partie 36B11 et une seconde partie 36B12 du bobinage primaire 36B1 qui sont électriquement successives.

Selon un aspect de l'invention, le convertisseur primaire continu- alternatif 36A comporte un circuit capacitif 56 interposé électriquement entre le point intermédiaire 54 du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B et un des deux côtés du pont complet d'interrupteurs électroniques commandés du convertisseur primaire continu-alternatif 36A. Le circuit capacitif 56 introduit donc une asymétrie dans le système, de sorte qu'il est possible de qualifier un côté du pont d'interrupteurs électroniques commandés, celui auquel le circuit capacitif 56 est relié de « côté filtre » du pont complet 36A. L'autre côté du pont d'interrupteurs électroniques commandés est alors qualifié de « côté opposé ».

Dans l'exemple illustré, le circuit capacitif 56 est relié électriquement au second côté 50 du pont complet d'interrupteurs électroniques commandés du convertisseur primaire continu-alternatif 36A. Dans ce cas, on peut qualifier le second côté 50 de côté filtre du pont d'interrupteurs électroniques commandés 36A. Cependant, on aurait pu faire le choix d'avoir le premier côté 48 comme côté filtre, à la place du second côté.

Le circuit capacitif 56 comprend au moins une capacité 58 interposée électriquement entre le côté filtre 50 et le point intermédiaire 54 du bobinage primaire 36B1.

Dans l'exemple illustré, le circuit capacitif 58 comporte par ailleurs, en série avec la capacité 58, une inductance. Cette inductance 60 n'est pas nécessaire dans tous les cas, en tous les cas pas sous la forme d'un composant discret, formant un composant spécifique. Cela pourra dépendre notamment de la valeur d'inductance de fuite entre la première partie 36B11 et la deuxième partie 36B12 du bobinage primaire 36B1. Cette inductance 60 peut comprendre une inductance discrète, formant un composant spécifique, par exemple une bobine, et/ou cette inductance 60 peut comprendre une inductance intégrée, par exemple résultant de l'inductance propre d'un conducteur formant un tronçon du circuit capacitif. Dans l'exemple, l'inductance 60 est en série avec la capacité 58 dans le circuit capacitif 56, entre le point intermédiaire 54 du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B et le côté filtre du pont d'interrupteurs électroniques commandés 36A. Si la valeur d'inductance de fuite du transformateur est suffisamment importante, il est possible de se dispenser d'un composant discret, formant un composant spécifique, ou d'en limiter le dimensionnement. L'inductance 60 peut représenter un équivalent d'une telle inductance de fuite.

Dans l'exemple, le point intermédiaire 54 du bobinage primaire 36B1, auquel le circuit capacitif 56 est relié, sépare le bobinage primaire en deux parties 36B11 et 36B12 d'égale inductance.

On remarque que, dans l'exemple illustré, tout le courant circulant dans le circuit capacitif 56, entre le point intermédiaire 54 du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B et le côté filtre du pont d'interrupteurs électroniques commandés 36A, passe par la capacité 58.

On note par ailleurs que le circuit capacitif 56, ajouté à un pont complet traditionnel, ne comporte que des composants électriques passifs. Cependant, comme on le verra ci-dessous, il forme, avec les interrupteurs électroniques commandés habituels du pont d'interrupteurs électroniques commandés, un filtre actif particulièrement performant, ne nécessitant pas de composants électroniques à semi-conducteurs (diodes, MOSFET, IGBT, etc...) supplémentaires.

Chacun des interrupteurs électroniques commandés 51.1, 51.2, 52.1, 52.2 du pont complet formant le convertisseur primaire alternatif-continu 36A, est par exemple réalisé sous la forme d'un thyristor ou d'un IGBT à haute tension, et peut être commandé au moins vers un état ouvert et vers un état fermé. Le pont complet 36A peut ainsi être configuré dans 4 modes.

Dans les deux modes de réalisation des Figs. 3 et 6, l'état de commutation ouvert ou fermé des interrupteurs commandés du pont complet du convertisseur primaire continu-alternatif 36A permet de contrôler à quel côté, premier ou second, du pont complet sont reliées les deux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B.

Le pont complet d'interrupteurs électriques commandés peut ainsi fonctionner selon un certain nombre de modes prédéfinis correspondant chacun à un état de commutation défini pour l'ensemble des interrupteurs électriques commandés. De manière connue, les états de commutations sont tels que, dans un bras donné, un des interrupteurs commandés du bras considéré est ouvert, interrompant tout courant électrique et un autre des interrupteurs commandés du bras considéré est fermé, laissant passer un courant électrique.

Deux modes sont qualifiés de « différentiels », car les bornes du bobinage primaire 36B1 sont alors reliées chacune à un côté différent du pont complet 36A. Autrement dit, une des deux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B est reliée à un côté du pont d'interrupteurs tandis que l'autre des deux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur 36B est reliée à l'autre côté du pont d'interrupteurs. Le bobinage primaire 36B1 se voit alors appliquer la tension intermédiaire continue qui est appliquée côté amont 361 du convertisseur primaire 36A, dans un sens ou dans l'autre. Pour cela, dans le mode de réalisation de la Fig. 3, on commande les interrupteurs de chaque bras de telle sorte que, dans un bras, un seul interrupteur est ouvert, l'interrupteur côté filtre étant ouvert pour un bras et fermé pour l'autre bras. Entre les deux modes différentiels A et C, il y a inversion du côté du pont auquel est reliée chaque borne du bobinage primaire 36B1. Dans les deux modes différentiels A et C, la tension intermédiaire continue, ou son inverse, est appliquée au bobinage primaire du transformateur.

Dans un premier mode différentiel, illustré à la Fig. 4A, l'interrupteur côté filtre 51.2 du premier bras est ouvert et l'interrupteur côté opposé 51.1 de ce premier bras est fermé, tandis que l'interrupteur côté filtre 52.2 du second bras est fermé et l'interrupteur côté opposé 52.1 de ce second bras est ouvert. La tension appliquée aux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur est la tension intermédiaire continue qui est appliquée côté amont 361 du convertisseur primaire 36A.

Dans un second mode différentiel, illustré à la Fig. 4C, l'interrupteur côté filtre 51.2 du premier bras est fermé et l'interrupteur côté opposé 51.1 de ce premier bras est ouvert, tandis que l'interrupteur côté filtre 52.2 du second bras est ouvert et l'interrupteur côté opposé 52.1 de ce second bras est fermé. La tension appliquée aux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur est l'inverse de la tension intermédiaire continue qui est appliquée côté amont 361 du convertisseur primaire 36A.

Pour ces deux modes différentiels, au moins une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif 56. Dans le cas où le point intermédiaire 54 de branchement du circuit capacitif 56 sépare le bobinage en deux parties d'inductance égale, c'est la moitié de la tension intermédiaire continue qui est appliquée au circuit capacitif 56.

Deux modes sont qualifiés de « commun », car les bornes du bobinage primaire 36B1 sont alors reliées à un même côté 48, 50 du pont complet 36A.

Dans un premier mode commun, illustré à la Fig. 4B, les interrupteurs côté filtre 51.2, 52.2 sont ouverts dans les deux bras 51, 52, tandis que les interrupteurs côté opposé 51.1, 52.1 sont fermés dans les deux bras 51, 52. Les bornes du bobinage primaire 36B1 sont alors reliées au côté opposé 48 du pont du convertisseur primaire 36A, opposé par rapport au « coté filtre » du pont convertisseur primaire 36A, auquel le circuit capacitif 56 est par ailleurs relié.

Dans un second mode commun, illustré à la Fig. 4D, les interrupteurs côté filtre 51.2, 52.2 sont fermés dans les deux bras 51, 52, tandis que les interrupteurs côté opposé 51.1, 52.1 sont ouverts dans les deux bras 51, 52. Les bornes du bobinage primaire 36B1 sont alors reliées au « côté filtre » 50 du pont complet 36A, par rapport au circuit capacitif 56. De la sorte, le circuit capacitif 56 se trouve relié, par ses deux bornes opposées, au même côté filtre du pont convertisseur primaire 36A, à savoir son « côté filtre ». Le circuit capacitif 56 est ainsi court-circuité.

Dans les deux modes communs, aucune tension n'est appliquée aux bornes du bobinage primaire 36B1 du transformateur, et le bobinage primaire 36B1 du transformateur est en réalité court-circuité par le pont d'interrupteurs, tout en étant porté au potentiel du côté du pont auquel il est alors relié.

Dans le premier mode commun, la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif 56. Dans le second mode commun, aucune tension n'est appliquée au circuit capacitif 56, qui est court-circuité par le bobinage primaire et par le pont d'interrupteurs.

Comme on le verra dans la description du procédé selon l'invention qui suivra, il est possible de commander le pont complet d'interrupteurs électroniques commandés selon une boucle répétitive dans laquelle la boucle comprend une phase dans un des deux modes différentiels, puis une phase dans l'autre des deux modes différentiels, avec, entre deux phases successives en mode différentiel, au moins une phase de mode commun.

Un système embarqué de conversion 16 tel que décrit ci-dessus permet de mettre en œuvre un procédé de conversion de puissance électrique sous moyenne tension dans un engin mobile de transport 10 pour alimenter un système de traction embarqué ayant au moins un moteur électrique de traction 20. Un tel procédé de conversion reçoit, en amont, une puissance électrique d'entrée sous une moyenne tension alternative d'entrée, par exemple par le biais du système de connexion électrique 22, et délivre, en aval, une puissance électrique de traction sous une tension continue de traction.

Une tel procédé répartit la puissance électrique d'entrée entre plusieurs tranches de conversion 38.i ayant un processus amont 34 de conversion de puissance alternative-continue qui délivre une puissance intermédiaire sous une tension intermédiaire continue. Dans le système 16 décrit plus haut, ce processus amont est mis en œuvre notamment par l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 de chacune des tranches de conversion.

Ensuite, dans le procédé, on convertit, dans chaque tranche de conversion 38.i, dans un processus aval de conversion de puissance continue-continue, la puissance intermédiaire sous la tension intermédiaire continue en la puissance électrique de traction sous la tension continue de traction. Ce processus aval est typiquement mis en œuvre, dans chaque tranche de conversion, par l'étage aval de conversion de puissance continue- continue 36.

Pour chaque tranche de conversion 38.i, ce processus aval de conversion de puissance continue-continue comporte :

- Une routine primaire de conversion de puissance continue- alternative qui convertit la puissance électrique intermédiaire sous tension intermédiaire continue en une puissance d'entrée de couplage magnétique sous tension alternative. Cette routine primaire est, dans le système 16 décrit plus haut, mise en œuvre grâce au convertisseur primaire continu- alternatif 36A.

- Une routine de transfert par couplage magnétique avec isolation galvanique qui transfert la puissance d'entrée de couplage magnétique en une puissance de sortie de couplage magnétique sous tension alternative au travers d'un transformateur, par exemple tel que décrit ci-dessus, ayant un bobinage primaire comprenant deux bornes auxquelles sont appliquées la puissance d'entrée de couplage magnétique.

- Une routine secondaire de conversion 36C de puissance alternative-continue qui convertit la puissance de sortie de couplage magnétique sous tension alternative en la puissance électrique de traction sous la tension continue de traction. Cette routine secondaire est, dans le système 16 décrit plus haut, mise en œuvre grâce au convertisseur secondaire alternatif-continu 36C.

Dans ce processus aval, la routine primaire de conversion de puissance continue-alternative est réalisée dans un pont d'interrupteurs électroniques 36A tel que décrit plus haut, de telle sorte que la puissance d'entrée de couplage magnétique est prélevée entre le point milieu 51.3 du premier bras 51 et le point milieu 52.3 du second bras 52.

Selon l'invention, pour chaque tranche de conversion 38.i, dans la routine primaire de conversion de puissance continue-alternative, les interrupteurs électroniques commandés sont commandés alternativement selon une boucle répétitive comprenant :

- une phase de fonctionnement selon un premier mode différentiel A, dans lequel la tension intermédiaire continue est appliquée au bobinage primaire du transformateur et, au moins une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée à un circuit capacitif qui s'étend entre un point intermédiaire du bobinage primaire et un côté du pont d'interrupteurs électroniques commandés ;

- et, successivement et alternativement avec la phase de fonctionnement selon le premier mode différentiel A, une phase de fonctionnement selon un second mode différentiel C, dans lequel l'inverse de la tension intermédiaire continue est appliquée au bobinage primaire du transformateur et, au moins une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif.

Les phases de fonctionnement en modes différentiels sont les phases durant lesquelles la puissance d'entrée de couplage magnétique est transférée au travers du transformateur 36B. Par ailleurs, cette boucle répétitive comprend, entre deux occurrences successives de phases de fonctionnement selon un des deux modes différentiels, au moins une parmi les phases de fonctionnement selon un premier mode commun B dans lequel les deux bornes du bobinage primaire 36B1 sont court-circuitées en étant reliées à un même côté 48, 50 du pont d'interrupteurs, le bobinage primaire 36B1 étant alors porté au potentiel de ce côté du pont d'interrupteurs. En fonction de la tension aux bornes de la capacité 58 au moment de la commutation dans le mode commun, un courant de charge ou de décharge de la capacité 58 peut apparaître dans le circuit capacitif 56. On peut ainsi identifier :

- une phase de fonctionnement selon un premier mode commun B, dans lequel une tension nulle est appliquée au bobinage primaire du transformateur en reliant ses deux bornes à un même côté du pont d'interrupteurs, et dans lequel une partie de la tension intermédiaire continue est appliquée au circuit capacitif ;

- une phase de fonctionnement selon un second mode commun D, dans lequel une tension nulle est appliquée au bobinage primaire du transformateur en reliant ses deux bornes à un même côté du pont d'interrupteurs, et dans lequel une tension nulle est appliquée au circuit capacitif.

Les phases de fonctionnement en mode commun permettent de transférer la puissance fluctuante vers la capacité 58 ou depuis la capacité 58. La phase de premier mode commun B est utilisée pour stocker de l'énergie dans la capacité 58 et la phase de second mode commun D pour que la capacité 58 renvoie de l'énergie.

En effet, l'étage amont de conversion de puissance alternative-continue 34 envoie sur la connexion intermédiaire 40, 42 une puissance instantanée P34(t) qui a une valeur moyenne P34m et une composante fluctuante pf34(t), qui varie à deux fois la fréquence du réseau, avec donc P34(t) = P34m + pf34(t). La valeur moyenne P34m correspond à ce que l'étage aval 36 prélève sur la connexion intermédiaire 40, 42. Le rôle de l'étage aval de conversion de puissance alternative-continue 36 est double. Dans des phases de fonctionnement en mode différentiel A et C, l'étage aval de conversion de puissance alternative-continue 36 transfère la valeur moyenne de puissance P34m au système de traction, au travers du transformateur 36B. Dans des phases de fonctionnement en mode commun B et D, l'étage aval de conversion de puissance alternative-continue 36 stocke/restitue la puissance fluctuante, en l'occurrence dans la capacité 58. De cette manière, le filtre électrique 46 agencé entre les pôles intermédiaires d'une tranche de conversion 38, 38.1,..., 38.n, n'a plus, ou pratiquement plus à absorber de puissance, la tension à ses bornes reste constante.

La boucle répétitive est répétée à une fréquence de répétition qui est significativement supérieure à la fréquence de la moyenne tension alternative monophasée fournie par la source fixe de tension électrique de réseau, par exemple au moins 10 fois supérieure, voire au moins 50 fois supérieure. La fréquence de répétition est ainsi par exemple comprise entre quelques centaines de Hz, par exemple 500 Hz, et quelques dizaines de kHz, par exemple 50 kHz.

Dans l'exemple de procédé illustré à la Fig. 5, on peut voir que la boucle répétitive répète, dans l'ordre, la séquence de phases de fonctionnement suivante :

- premier mode différentiel A ;

- second mode commun D ;

- premier mode commun B ;

- second mode commun D ;

- second mode différentiel C ;

- second mode commun D ;

- premier mode commun B ;

- second mode commun D.

La boucle étant répétitive, elle a ainsi une période de répétition T, et le procédé continue immédiatement avec une nouvelle itération de la boucle.

D'autres séquences de phases de fonctionnement pourraient être prévues, par exemple en fonction de la puissance fluctuante à absorber. On pourra par ailleurs chercher à limiter les commutations des interrupteurs électroniques de puissance.

Les ratios entre les durées des différentes phases, notamment le ratio entre la durée totale, dans une boucle donnée, des phases de fonctionnement en mode commun B et D, et la durée totale, dans la boucle donnée, des phases de fonctionnement en mode différentiel A et C, peuvent dépendre en autres du dimensionnement du circuit capacitif 56. Pour une période de répétition T d'une boucle donnée, plus la durée totale, dans la boucle donnée, des phases de fonctionnement en mode commun B et D est élevée, plus la durée totale, dans la boucle donnée, des phases de fonctionnement en mode différentiel A et C est courte, donc plus le courant dans le bobinage primaire 36B1 doit être élevé pour transférer la même puissance au secondaire.

La durée totale, dans la boucle donnée, des phases de fonctionnement en mode commun B et D doit cependant être suffisamment longue pour que le circuit capacitif 56 puisse gérer la puissance fluctuante.

On peut voir sur la Fig. 5 qu'en augmentant la durée de la phase de fonctionnement en second mode commun D et en diminuant celle de la phase de fonctionnement en premier mode commun B, on peut conserver une valeur prédéfinie de la tension V36B1 aux bornes du bobinage primaire 36B1, tout en diminuant la valeur moyenne de la tension V56 aux bornes du circuit capacitif 56. De cette manière, on peut conserver une valeur prédéfinie de la puissance transmise par la connexion intermédiaire 40, 42, tout en déchargeant la capacité 58.

Dans un exemple de fonctionnement en régime permanent, les durées des phases de fonctionnement en mode différentiel A et C sont inchangées, les durées des phases de fonctionnement en mode commun B et D sont légèrement modifiées lors de chaque période de répétition T pour changer la valeur moyenne de la tension V56 aux bornes du circuit capacitif 56. De cette manière, on transmet la même puissance au système de traction 18 et on contrôle la tension aux bornes du circuit capacitif 56. Ainsi, on stocke de l'énergie dans ce circuit capacitif 56, puis on la restitue. Quand on stocke, l'énergie vient de la connexion intermédiaire 40, 42. On fait cela lorsque la puissance envoyée par l'étage amont est supérieure à la puissance moyenne (puissance fluctuante positive). Réciproquement, quand la puissance envoyée par l'étage amont est inférieure à la puissance moyenne (puissance fluctuante négative), on contrôle la tension aux bornes du circuit capacitif 56 pour qu'elle soit inférieure à la tension de la capacité 58 pour la décharger et que l'énergie qu'elle a stockée soit restituée au niveau de la connexion intermédiaire 40, 42.

Un des avantages de l'invention est de permettre de diminuer le volume des filtres électriques 46 habituellement agencés entre les pôles intermédiaires 40, 42 des tranches de conversion 38, en ajoutant une capacité 58 de valeur beaucoup plus faible et en adoptant une commande spécifique du convertisseur primaire continu-alternatif 36A. La capacité 58 ajoutée est dimensionnée pour absorber la puissance fluctuante et voit une tension variable à la même fréquence que la puissance fluctuante, tandis que les filtres électriques 46 doivent voir une tension quasi constante. La tension que voit la capacité 58 est à la même fréquence que la puissance fluctuante. Il est possible de tolérer de beaucoup plus grandes variations de tensions aux bornes du circuit capacitif 56, donc du condensateur 58, que sur la connexion intermédiaire 40, 42. Aussi, pour absorber une puissance fluctuante pf34 donnée, il est possible d'utiliser, dans le circuit capacitif 56, une capacité 58 beaucoup plus petite que celle qui serait nécessaire pour absorber la même puissance au niveau des filtres électriques 46 habituellement agencés entre les pôles intermédiaires 40, 42 , pour lesquels les fluctuations de tension sont moins tolérables. Au total, la somme des capacités dans le circuit se trouve réduite par rapport à l'art antérieur.

L'invention propose ainsi un moyen de filtrage actif permettant de réduire de l'ondulation générée par la conversion alternatif monophasé- continu avec des composants passifs et sans nécessiter d'interrupteurs commandés supplémentaires, en exploitant le convertisseur primaire continu- alternatif 36A de l'étage aval de conversion de puissance continue-continue isolé 36, au bénéfice d'une réduction du coût, de l'encombrement et du risque de défaillance du système embarqué.

L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.